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lunedì, 22 Aprile 2024
  • Oscillazioni smorzate grazie agli ammortizzatori

    La teoria che sta alla base del funzionamento di un sistema di sospensione è materia assai complicata. Non vogliamo pertanto entrare nel merito strettamente matematico delle nozioni ingegneristiche su cui si fonda l’elastocinematica di una sospensione. In ogni caso, prima di descrivere brevemente come è fatto e come funziona un ammortizzatore è necessario spiegarne il compito svolto.
    Se un’automobile, per poter attutire gli effetti delle imperfezioni stradali, fosse semplicemente dotata di molle, l’handling complessivo, ossia il comportamento su strada, potrebbe essere seriamente compromesso. Di conseguenza sarebbe completamente messa in discussione anche la sicurezza di marcia.
    Il perché è facile da spiegare. Una molla che sostiene una massa, in questo caso la cassa della vettura, se eccitata produrrebbe una serie di oscillazioni che, se non opportunamente smorzate, potrebbero sommarsi ad altre oscillazioni indotte dal percorso che la vettura sta seguendo. In altre parole, le interazioni tra tutte le oscillazioni, dotate ciascuna della propria frequenza, potrebbero produrre una grave instabilità del veicolo. Senza dimenticare il fatto che una vettura in continua oscillazione perde completamente le sue doti di comfort.
    All’interno di questo discorso si inserisce il problema dell’ammortizzatore. Il suo compito è appunto quello di smorzare le oscillazioni della molla, in maniera differente a seconda di come la molla viene sollecitata. In altre parole avremo uno smorzamento in estensione, quando la molla si estende, e uno in compressione, quando la molla si schiaccia.
    Considerazioni tecniche approfondite mettono anche in luce come i due gradi di smorzamento non debbano essere completamente identici. Detto in altro modo, un ammortizzatore potrebbe dover fornire una capacità di smorzamento variabile a seconda che la molla sia nella sua fase di estensione piuttosto che in quella di compressione.


    Come è fatto un ammortizzatore
    Possiamo dire che al giorno d’oggi, sulle auto di grande produzione, vengono utilizzati ammortizzatori idraulici. Concettualmente la funzione di smorzamento viene ottenuta obbligando un fluido, contenuto all’interno del corpo stesso dell’ammortizzatore, a passare attraverso fori calibrati gestiti attraverso opportune valvole.
    Sebbene dal punto di vista strettamente teorico il funzionamento di un ammortizzatore risulti molto semplice, oggi sul mercato sono disponibili una moltitudine di soluzioni che vanno dall’ammortizzatore a due tubi al monotubo a gas fino al bitubo, sempre a gas. Mentre nel caso del tradizionale ammortizzatore idraulico a due tubi la cosiddetta camera di compensazione è riempita di olio, negli ammortizzatori a gas si utilizza per l’appunto il gas. La camera di compensazione è fondamentale, perché serve a gestire lo spostamento di volume del fluido dovuto al fatto che il pistone dell’ammortizzatore si muove all’interno del cilindro.
    Nella sua configurazione base, infatti, l’ammortizzatore è formato da un cilindro all’interno del quale si muove un pistone con il suo stelo. Dal punto di vista strutturale l’estremità del pistone è collegata alla scocca, mentre il cilindro viene vincolato alla sospensione. Nel caso degli ammortizzatori a gas monotubo, invece, la compensazione del volume viene affidata a un gas (generalmente l’azoto), contenuto in una camera separata, il cui volume viene modificato da un altro pistone a essa dedicato. Il gas viene messo in pressione con valori che possono raggiungere anche i 30 bar.
    L’ammortizzatore bitubo a gas replica la struttura del bitubo tradizionale, tranne per il fatto che la camera di compensazione è riempita di gas (anche in questo caso di azoto), anziché di aria. Il gas inoltre viene inserito nell’ammortizzatore con una pressione di precarico che può raggiungere anche gli 8 bar.


    Come funziona
    Il funzionamento di un ammortizzatore è già stato anticipato poco sopra, ma in linea del tutto generale possiamo dire che questo componente della sospensione agisce come un vero e proprio freno idraulico. Il passaggio obbligato dell’olio all’interno delle valvole genera però dell’attrito, che a sua volta produce calore. Quest’ultimo naturalmente viene disperso attraverso il corpo stesso dell’ammortizzatore.
    Giusto per fornire una corrispondenza tecnica corretta per la dizione “taratura”, ricordiamo che con questo termine viene indicata propriamente la resistenza che un ammortizzatore è in grado di fornire durante le sue corse di espansione e compressione. Sebbene tutto questo discorso possa sembrare apparentemente scontato, facciamo notare che quando le velocità di compressione o di estensione aumentano, automaticamente viene generato un maggiore attrito e quindi una maggiore azione frenante. Questo è fondamentale per capire che la taratura di un ammortizzatore cambia al variare della velocità dell’oscillazione della ruota. Se, ad esempio, raddoppiamo la superficie della valvola attraverso cui passa l’olio, otteniamo una conseguente diminuzione della velocità che può anche arrivare a dimezzarsi. Ciò significa che con un’operazione di questo genere diminuiamo la taratura, ossia la capacità frenante dell’ammortizzatore. Possiamo quindi dire che un ammortizzatore più duro serve per ottenere una minor oscillazione relativa tra ruote e telaio.
    Concludiamo il discorso sulla taratura sottolineando come questa caratteristica dell’ammortizzatore sia in funzione della viscosità dell’olio utilizzato e della tipologia delle valvole.


    Tipo di taratura e geometrie di montaggio
    Si potrebbe sintetizzare affermando semplicemente che ogni geometria di sospensione richiede il proprio ammortizzatore. In generale, esistono delle regole di base, come quella relativa alla taratura. Sulla stragrande maggioranza delle vetture di serie, infatti, un ammortizzatore tipo ha una taratura più rigida in estensione anziché in compressione.
    Altro concetto basilare riguarda l’altezza da terra della scocca; l’ammortizzatore non influisce assolutamente su questo parametro, che invece è controllato dalle molle. Questo errore concettuale è tipico di molti appassionati, che pensano di controllare la distanza dal suolo con gli ammortizzatori. Per sua propria natura o, in altre parole, per il modo in cui funziona, l’ammortizzatore contribuisce al lavoro della sospensione solo quando esiste un’oscillazione della ruota. Diversamente va considerato un elemento assolutamente inattivo.
    A seconda poi del tipo di sospensione, un ammortizzatore andrà tarato in funzione della sua posizione all’interno della sospensione. Per spiegare cosa intendiamo con la precedente affermazione, possiamo dire, tanto per fare un esempio, che quando la ruota agisce con un braccio di leva molto favorevole, e di parecchio superiore all’ammortizzatore, quest’ultimo dovrà essere necessariamente dotato di una taratura più rigida.


    Gli ammortizzatori più avanzati
    Si sono visti per la prima volta sulla Corvette, ma ora si stanno diffondendo anche su altre auto di marchi europei, come ad esempio Audi. Stiamo parlando degli ammortizzatori a controllo elettromagnetico, che basano il loro principio di funzionamento sulla variazione di campo magnetico che avvolge un fluido detto reologico. Quest’ultimo, a seconda del campo magnetico a cui viene sottoposto, modifica la propria viscosità, offrendo un minore o un maggiore smorzamento a seconda dei casi.
    Prendendo proprio il caso Audi, i tecnici di Ingolstadt hanno definito la tecnologia di cui sopra con il nome Audi Magnetic Ride. Sulla R8, infatti, in alternativa agli ammortizzatori a gas di serie, è prevista una soluzione a controllo magnetico. In sostanza, il fluido magnetoreologico presente nel corpo dell’ammortizzatore viene sottoposto a un campo magnetico generato dalla corrente che transita all’interno di una bobina. La regolazione del campo magnetico viene operata dal sistema elettronico di controllo del telaio con velocità largamente superiori a quello che avviene in un sistema tradizionale dotato di valvola regolabile. Sarà un sistema che in futuro vedremo probabilmente applicato con sempre maggiore frequenza e che certamente contribuisce a incrementare la sicurezza di marcia.


    Articolo di Roberto Salotti pubblicato su Notiziari Motoristico (novembre 2007)

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